單顆粒冷凍電鏡技術(shù)二維圖像分析——顆粒圖像的匹配與分類：二維顆粒圖像的分類是獲取三維結(jié)構(gòu)過(guò)程的第一步。對(duì)二維圖像的分析包括兩部分：顆粒圖像的匹配和顆粒圖像的分類。匹配的過(guò)程通常會(huì)對(duì)顆粒圖像應(yīng)用一些變換操作，通過(guò)關(guān)聯(lián)函數(shù)去判斷不同顆粒圖像之間的相似程度。圖像匹配的算法主要分為兩種，即不依賴模型的方法和基于模型的方法，取決于是否存在利用樣本先驗(yàn)信息得到的模板。隨著圖像匹配的完成，顆粒圖像需要進(jìn)行分類。主要利用多元統(tǒng)計(jì)分析和主成分分析方法等算法，其他流行的二維顆粒分類技術(shù)還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類，將圖像在二維空間自組織映射(self-organisingmapping，SOM)再進(jìn)行分類和排序。二維圖像分析的目的是，首先通過(guò)圖像匹配消除旋轉(zhuǎn)和平移的誤差，利用類內(nèi)緊致、類間離散的原則進(jìn)行圖像分類，較終可以對(duì)類內(nèi)顆粒圖像進(jìn)行平均，提高信噪比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高分辨率三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。冷凍電鏡技術(shù)采用的快速冷凍技術(shù)關(guān)鍵在于“快速”。韶關(guān)原位冷凍電鏡技術(shù)用途

冷凍電鏡技術(shù)工作流程：首先是樣品制備。高純度、高濃度的蛋白樣品溶液被滴在一個(gè)特制的樣品載網(wǎng)上面。載網(wǎng)由一張布滿小孔的超薄非晶碳薄膜和金屬支撐框架組成，在表面張力的作用下，微孔上會(huì)形成一層跨孔的薄水膜。將多余溶液吸走后，把載有蛋白溶液超薄膜的載網(wǎng)迅速投入到液態(tài)乙烷冷凍劑中使其快速冷凍，從而使蛋白質(zhì)分散固定在玻璃態(tài)的冰膜中。然后電鏡圖像采集。選擇較有可能產(chǎn)生較佳圖像的較佳顆粒密度和玻璃態(tài)冰厚度的樣品。淮南透射電鏡技術(shù)平臺(tái)冷凍電子顯微鏡技術(shù)之樣品成像：低劑量輻照成像，普通樣品材料在進(jìn)行表征時(shí)，電子劑量越高成像質(zhì)量越好。

什么是冷凍電鏡技術(shù)？冷凍電鏡技術(shù)，全稱是冷凍電子顯微鏡技術(shù)，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術(shù)。冷凍電鏡技術(shù)，是一種重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究方法，它與X射線晶體學(xué)、核磁共振一起構(gòu)成了高分辨率結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。冷凍電鏡技術(shù)的研究，主要是冷凍成像和蛋白快速冷凍技術(shù)。根據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)的說(shuō)法，冷凍電鏡技術(shù)使生物分子成像，變得更加簡(jiǎn)單，把生物化學(xué)帶入了一個(gè)新紀(jì)元。這項(xiàng)技術(shù)可以用來(lái)確定，溶液中生物分子的高清晰度結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)其實(shí)比較抽象，一直以來(lái)它主要的問(wèn)題是其圖像噪音極高、信號(hào)極低，研究的目標(biāo)是從中提取近原子分辨率的結(jié)構(gòu)信息?？梢孕蜗蟮谋扔鳛樵谝粋€(gè)機(jī)器轟鳴的工廠，監(jiān)測(cè)一只螞蟻爬行的聲音。冷凍電鏡的目標(biāo)，就是要完成這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。因此，可見(jiàn)這項(xiàng)技術(shù)成果的科學(xué)價(jià)值。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)之樣品成像：低劑量輻照成像，普通的樣品材料在進(jìn)行TEM表征時(shí)，電子劑量越高，成像質(zhì)量越好。但生物樣品受到的輻照損傷卻是和累積的輻照總劑量相關(guān)的。更詳細(xì)一點(diǎn)說(shuō)，隨著輻照劑量的增加，輻照損傷對(duì)高分辨細(xì)節(jié)的破壞更嚴(yán)重。因此，為了盡可能地獲得更多的細(xì)節(jié)，就必須要對(duì)樣品采用用低劑量輻照成像。在冷凍電鏡技術(shù)中，常用的低劑量輻照成像法有兩種：冷凍電子斷層掃描法，單顆粒分析成像法。冷凍電鏡技術(shù)中的電子斷層掃描技術(shù)（cryogeniccomputedtomography）：進(jìn)行斷層掃描時(shí)，樣品被連續(xù)不停地旋轉(zhuǎn)，并在每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度上都進(jìn)行一次成像。每一幅電子顯微像是物體在不同投影方向的二維投影像,經(jīng)傅立葉變換會(huì)得到一系列不同取向的截面，當(dāng)截面足夠多時(shí)，會(huì)得到傅立葉空間的三維信息，再經(jīng)傅立葉反變換便能得到物體的三維結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)，是用于掃描電鏡的很低溫冷凍制樣及傳輸技術(shù)。

冷凍電子顯微技術(shù)主要包括單顆粒冷凍電鏡技術(shù)和冷凍電子斷層掃描技術(shù)。單顆粒冷凍電鏡技術(shù)首先捕獲大量隨機(jī)分布的同一種生物樣品的二維圖像，然后通過(guò)圖像處理算法解析其三維結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，隨著冷凍電鏡設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟硬件的快速發(fā)展，特別是隨著直接電子探測(cè)器在冷凍電鏡中的應(yīng)用，單顆粒冷凍電鏡技術(shù)邁進(jìn)了原子分辨率水平，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和新藥研發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。冷凍電鏡通過(guò)記錄單個(gè)生物樣品在傾斜旋轉(zhuǎn)過(guò)程中投影的一系列二維圖像，采用特殊的算法計(jì)算，將二維圖像重構(gòu)為三維斷層圖像。冷凍電鏡主要研究組織、細(xì)胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)，它能夠提供生理環(huán)境下大分子復(fù)合物納米、亞納米甚至近原子尺度的原位結(jié)構(gòu)信息以及其與其它大分子的相互作用信息。冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：更接近天然狀態(tài)，不需要蛋白質(zhì)結(jié)晶?；茨贤干潆婄R技術(shù)平臺(tái)

冷凍電鏡“分辨率改變”使其成為獲得優(yōu)于3?結(jié)構(gòu)的常規(guī)技術(shù)。韶關(guān)原位冷凍電鏡技術(shù)用途

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)的圖像處理技術(shù)：經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前冷凍電鏡的數(shù)據(jù)處理部分主要包含了以下的流程：(1)襯度傳遞函數(shù)的修正(CTFcorrection)；(2)樣品分子投影數(shù)據(jù)的篩選(particleselection)；(3)二維投影數(shù)據(jù)的分類和降噪(2Danalysis)；(4)三維模型的重構(gòu)和優(yōu)化(3Dreconstructionandrefinement)；(5)多重構(gòu)象的結(jié)構(gòu)分析(heterogeneityanalysis)；(6)對(duì)重建結(jié)構(gòu)分辨率的分析(structureresolutionassessment)；(7)結(jié)合生物化學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)三維結(jié)構(gòu)的解讀(modelinterpretationandvalidation)。韶關(guān)原位冷凍電鏡技術(shù)用途